某600_MW超临界锅炉综...排烟温度改造方案及节能效果_李红兵.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering9文章编号：1005-006X(2023)04-0009-06某 600 MW 超临界锅炉综合降排烟温度改造方案及节能效果李红兵1,2刘一1,2周棋1,2（1.清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室，2.东方电气集团东方锅炉股份有限公司）摘要：针对某 600 MW 超临界锅炉实际情况，介绍了实现全负荷脱硝和大幅度降低排烟温度提升经济性能的综合技术改造方案，论述了水媒烟气/空气换热器系统的节能原理和措施，并对锅炉完成改造后的实际运行情况和效果进行了说明。方案大幅度降低锅炉排烟温度 2030，并满足全工况脱硝要求，采用机炉耦合方式实现不同季节、不同负荷、不同煤种，在保证低温受热面安全的情况下自动调整锅炉排烟损失与汽机冷端损失，维持机组经济性能，增加了锅炉适应运行条件变化的能力。在相同末端受热面低温腐蚀及堵灰条件下，环境温度越低、煤种腐蚀性越强，本方案的节煤潜力越大。关键词：分级省煤器；排烟温度；冷端温度；余热利用中图分类号：TK227文献标识码：AScheme and Energy-saving Effect of Exhaust Temperature Reduction Modificationfor 600MW Supercritical BoilerLI Hong-bing1,2,LIU Yi1,2,ZHOU Qi1,2(1.CleanCombustionandFlueGasPurificationKeyLaboratoryofSichuanProvince,2.DongfangBoilerCo.,Ltd.)Abstract：According to the actual situation of a 600MW supercritical boiler,a comprehensive modification scheme toachieve full load denitration and greatly reduce exhaust gas temperature is introduced.The energy saving theory andmethod of water medium flue gas/air heat exchange system are expounded,the actual effect of the modification isdescribed.The modification scheme greatly reduced the boiler exhaust gas temperature by 20-30,achieved full loaddenitration and automatically adjusted boiler exhaust loss and turbine cold end loss to maintain unit economicperformance under different seasons,loads and coal types on the premise of ensuring the safety of low-temperatureheating surface,increased the ability to adapt to changes in operating conditions.Under the same conditions of lowtemperature corrosion and ash blockage of the last heating surface,the lower the ambient temperature is and the strongerthe corrosivity of coal is,the greater the coal saving potential of this scheme will be.Key words:grading economizer;exhaust temperature;cold end temperature;waste heat utilization河南某 600 MW 机组锅炉由东方锅炉股份有限公司设计制造，为超临界参数变压直流锅炉。锅炉于 2010 年投运，整体性能优良，锅炉效率 93%以上，脱硝前 NOx原始排放不高于 230 mg/Nm3。尾部双烟道布置且再热器侧无省煤器，烟气挡板调节再热汽温的同时，可满足全负荷脱硝要求。2014 年结合机组超低排放改造需求，进行了进一步提高机组经济性的探索，在原本锅炉排烟温度基本正常的基础上，进行了进一步降低锅炉排烟温度改造，并采用机炉耦合设计实现了适应不同季节、不同负荷、不同煤种，在保证受热面安全（不堵塞、不腐蚀）前提下自动调整锅炉排烟损失与汽机冷端损失，达到始终维持较佳的经济性的目的。2015 年11 月完成改造施工，至今已安全投运 7 年，取得了较好的经济效益。现今来看，该改造方案仍具有一定技术先进性并产生了较好的经济效益，有必要对改造方案及改收稿日期：2022-10-26李红兵(1973-)，男，高级工程师，四川成都，611731造所取得的节能效果进行介绍和分析，以供类似项目参考。1改造方案介绍1.1全负荷脱硝方案与节能原锅炉设计已充分考虑宽负荷脱硝性能，锅炉尾部竖井为双烟道，前烟道中布置低温再热器，后烟道上部布置低温过热器、下部布置省煤器。根据汽轮机滑压运行特性，汽机高压缸排汽温度各负荷变化不大，甚至低负荷时更高，一般不会低于300。按热力学第二定律热量自发传递只能由高温端传向低温端，因此任何负荷下低再出口烟温均一定高于低再入口汽温。锅炉正常运行中低负荷时可通过调整尾部烟气挡板开度，在提高再热汽温（保证经济性）的同时提高 SCR 入口烟温，具备全负荷工况下均可投入 SCR 的能力。项目实施中，对于保证全负荷脱硝措施，仅进行了烟气挡板检查检修，以减小过热器侧烟气挡板10电站系统工程2023 年第 39 卷最小开度时的漏烟量，并对锅炉相关控制逻辑进行了优化，如当锅炉负荷低于 30%时，将两侧烟气挡板开度和的最小限制值由 120%修改为 100%等。与单独烟气旁路、给水加热等其它宽负荷脱硝方案相比，该方案不仅不存在增加排烟损失和（或）本身耗能等问题，还有利于提高低负荷时的再热蒸汽温度，提高循环效率和经济性能。1.2降低排烟温度方案1.2.1改造前锅炉排烟温度情况锅炉原设计煤种收到基硫 Sar含量为 1.39%，锅炉BMCR工况设计排烟温度123 （进风温度25 时），已经是常规回转式预热器设计排烟温度的低限，继续降低排烟温度将带来回转预热器运行中堵灰等问题。实际运行中煤质、制粉系统冷风量、空预器入口风温、机组负荷高低（省煤器出口烟温）等条件会偏离设计值，锅炉并不能完全按照设计排烟温度运行。该锅炉实际运行中夏季满负荷排烟温度最高接近 150，冬季满负荷在投运热风循环的情况下排烟温度仍可能低于 115，因热风再循环出力不足，冬季低负荷易发生预热器堵灰。电厂 2013 年排烟温度统计情况见表 1。表 12013 年锅炉全年排烟温度统计情况负荷1 月2 月3456789101112平均50%THA97.598.5102.0112.0112.0121.0118.0115.5119.5115.5106.5100.5109.975%THA105.5106.0109.5119.5125.5133.5125.5131.0130.0125.0120.5114.5120.5100%THA117.0113.5122.0128.0141.0143.5148.0142.5138.0135.5131.5133.5132.8导致夏季排烟温度高的原因主要是该地区夏季环境温度高（极端气温可达 41.5），预热器入口风温升高将减小预热器换热温差，从而减小空气预热器换热量。另外还有夏季入磨煤温度高、冷风温度高，磨煤机干燥热量需要少、运行一次风率高等造成预热器旁路冷风量较大等诸多使锅炉排烟温度升高的因素。通过对该台锅炉实际燃用煤质情况及制粉系统计算分析，确定保证锅炉回转式空气预热器运行安全下的最经济排烟温度是控制预热器冷端综合温度（排烟温度与预热器入口风温之和）为 145。夏季因预热器入口风温高排烟温度可以降低，而冬季因预热器入口风温低排烟温度应适当提高，这与实际运行情况恰恰相反。虽然冬季实际运行工况中采取了投热风再循环等牺牲锅炉经济性的运行措施，但仍存在预热器积灰等问题。1.2.2改造设备情况针对该锅炉的实际运行情况，制定改造方案为：SCR 出口增加布置分级省煤器受热面+水媒式烟气/空气换热节能系统。新增分级省煤器布置在脱硝反应器下方，新增省煤器与原省煤器串联布置，锅炉给水经过新增省煤器后再送入原省煤器。根据热力计算结果，改造后额定工况下空预器入口烟温降低41，排烟温度降低17。水媒式烟气/空气换热节能系统由烟气冷却器、冷风加热器及热媒水管道等构成。烟气冷却器布置在预热器出口与除尘器入口之间的垂直烟道中，冷却介质为低温凝结水，可以将出口烟气温度降低到90。加热后的凝结水作为热媒水通过热媒水管道进入冷风加热器，冷风加热器布置在预热器风侧入口，可利用来自烟气冷却器的热媒水提高预热器入口风温，解决了部分工况下预热器冷端综合温度偏低、易发生堵塞的问题，同时还提高了热风温度，实现锅炉节能和预防冬季磨煤机干燥出力不足的问题。改造设备范围及布置如图1所示。图 1改造设备布置方案示意1.3运行控制方案分级省煤器不设调节装置或旁路，分级省煤器出口烟温比改造前大幅度降低，并将随负荷等变化而变化。以下主要说明水媒式烟气/空气换热节能系统的控制方式。经简化后的水媒式烟气/空气换热节能系统如图 2 所示。通常运行工况，烟气冷却器入口的水温控制在75 以上（防止烟气冷却器腐蚀），由从低压加热器 I 入口取的低温凝结水（当余热不足以加热冷风时，从低压加热器 III 出口取高温凝结水）、冷风加热器出口低温热媒水与烟气冷却器出口再循环管路的高温循环水混合而成，水温通过再循环管路调节阀和取水调节阀自动调节控制。经烟气冷却器加热后的水分为 3 路：一部分水先送入冷风加热器加热冷风，降温后的水经冷风加热器出口管路回到烟气冷却器入口，通过冷风加热第 4 期李红兵等：某 600 MW 超临界锅炉综合降排烟温度改造方案及节能效果11器水量调节阀调控制预热器入口风温；一部分水通过再循环管路回到循环水泵进口管路，通过再循环管路调节阀控制循环水量，以调节烟气冷却器入口水温；其余热水回到低压加热器 III 入口，与凝结水系统实现热量交换，通过循环水泵转速和主取水管路调节阀配合调整进入凝结水系统水温。图 2水媒式烟气/空气换热节能系统简化示意图1.锅炉空气预热器 2.烟气冷却器 3.除尘器 4.引风机 5.脱硫塔 6.烟囱 7.循环水泵 8.冷风加热器 9.冷风加热器水量调节阀 10.再循环管路调节阀 11.主取水调节阀 12.旁路取水调节阀 13.低压加热器 I14.低压加热器 II 15.低压加热器 III 16.送风机 17.旁路取水管路系统运行时，从烟气冷却器出来的高温水部分（或全部）用于加热预热器进口的冷风，并且在不同负荷及环境温度时通过自动调节流经冷风加热器的水量来调整冷风加热器出口空气温度和锅炉空气预热器出口烟气温度，自动控制排烟温度与预热器入口风温之和为设定值，该设定值根据煤种含硫量、锅炉空气预热器出口风温与入口烟温温差等情况设定，通常150，若煤种含硫量增大可提高设定温度，提高预热器安全性，若实际锅炉空预器出口风温与入口烟温差较大时（一般控制在 20 内），可提高设定温度将更多热量送回锅炉实现节能。随着环境温度逐渐降低或负荷降低（或切高加等特殊工况），加热锅炉空气预热器入口冷风需要的热量越来越多，系统将逐步关小主取水管路调节阀，